(57)【要約】【課題】真空成膜によって振動板上に直接圧電素子を形成し、高品質でしかも安価な液体吐出ヘッドを実現する。【解決手段】液室２ａや液体供給口２ｂを形成した構造体２に絶縁体からなる振動板１を接合し、その上に、共通電極となる第１電極３ａ、圧電体３ｂ、第２電極３ｃを順次真空成膜によって積層し、圧電体３ｂと第２電極３ｃを液室２ａの形状に沿ってパターニングし、各液室２ａ上に圧電素子３を形成する。別基板に成膜した圧電素子を転写する場合に比べて、工程が簡単で材料コストも低い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体に形成された液室内の液体を圧電素子によって加圧し、吐出口から吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記構造体の前記液室に対応する個所の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板上に第１電極、前記圧電素子となる圧電体および第２電極を順次積層する工程と、
前記圧電体および前記第２電極を前記液室に対応する形状にパターニングし、前記液室上に前記圧電素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
第１および第２電極の厚さがそれぞれ５０〜５００ｎｍ、圧電体の厚さが０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
構造体に形成された液室内の液体を圧電素子によって加圧し、吐出口から吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記構造体の前記液室に対応する個所の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板上に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に前記圧電素子となる圧電体および第２電極を積層する工程を複数回繰り返す工程と、
前記圧電体と前記第２電極とからなる積層膜を前記液室に対応する形状にパターニングし、前記液室上に前記圧電素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
第１および第２電極の厚さがそれぞれ５０〜３００ｎｍ、各圧電体の厚さが０．１〜５μｍの範囲であることを特徴とする請求項３記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
第１電極、圧電体および第２電極が、それぞれ真空成膜によって形成されることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
第１電極、圧電体および第２電極が、それぞれ振動板の軟化温度以下の温度で成膜されることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
圧電体が、蒸発源に加速電圧を印加して真空成膜されることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法によって製造されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙、布、プラスチック、金属などの各種媒体に文字や画像情報を記録する液体吐出方式の記録装置に用いられる液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンの普及により、低価格で高画質な記録装置として液体吐出方式の記録装置がオフィスだけでなく家庭でも使われるようになってきた。液体吐出方式の記録装置には、熱エネルギーによりインク等液体中に気泡を発生させて、その発泡のエネルギーにより液滴を吐出させるもの、超音波や静電力により液滴を吐出させるもの、圧電素子により液滴を吐出させるものなど、いろいろな方式がある。
【０００３】
圧電素子を利用した方式の液体吐出装置は、液室と、該液室内のインク等液体に圧力を印加するための圧電素子と、圧電素子の変位を前記液体に伝える振動板と、液室に液体を供給する液体供給手段と、液滴等を吐出する吐出口等を有し、圧電素子は、セラミックス圧電体を用いるものと薄膜圧電体を用いるものとがある。
【０００４】
薄膜圧電体を用いた場合には、特許文献１に開示されているように、圧電素子を基板に形成し、この圧電素子を振動板に取り付けた後に、前記基板を除去する工程が含まれる。例えば図６に示すように、ステップ１０１でＭｇＯ、Ｓｉ、ガラスなどの基板上に電極を形成し、ステップ１０２で電極上に圧電体を形成し、ステップ１０３で電極および圧電体をパターニングし、ステップ１０４で圧電体上に共通電極を形成し、ステップ１０５で共通電極上に振動板を形成し、ステップ１０６で振動板上にインク室を形成したのち、ステップ１０７で前記基板を除去する。
【０００５】
ＭｇＯ、Ｓｉ、ガラスなどの基板を除去するためには、ＭｇＯであれば燐酸など、Ｓｉであればフッ酸など、ガラスであれば水酸化カリウムなどを用いて化学的に溶解する。
【特許文献１】特開平１０−２８６９５３号公報
【特許文献２】特開平５−２６９９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のように最終工程で基板を除去する場合、例えばＭｇＯの基板を除去するためには燐酸を用いるが、この燐酸は圧電体材料をも溶解してしまう。すなわち、基板を除去するためには、保護膜などにより燐酸から少なくとも圧電体を保護する必要がある。さらに、基板除去後には保護膜も除去する必要があり、工程が複雑になってしまう。加えて基板除去においては、基板を薬品で溶解して使い捨てることになり、基板にＭｇＯなどの高価な単結晶を用いた場合には、コストの上昇も避けられない。
【０００７】
また、薄膜圧電体を形成するには、焼結したセラミックス材料を研磨する方法やスパッタ法などの真空成膜法が一般的に用いられる。圧電体材料として一般的には、ＰｂＺｒＴｉＯ系の酸化物材料が用いられる。これはｄ31などの圧電定数が大きい方が、より大きな変位を得られるからである。圧電体の形態としては、前述のように、焼結体と薄膜の２種類に大きく分類される。焼結体を作成する場合、一般には１０００℃以上の高温が必要である。薄膜を成膜するスパッタ法でも６００〜８００℃程度の温度で行うことが一般的である。このような高温では、通常インク室等液室を形成する感光性ガラスや高分子樹脂が変質してしまい、液室上に直接圧電素子を形成することが困難であった。さらに、耐熱性のある材料で液室を形成した場合でも、上記のような高温にすると界面での熱応力のために、液室、振動板などの変形が生じたり、液体吐出装置としての寿命の低下も懸念される。
【０００８】
この問題を解決するために、圧電素子と液室等を形成する構造体を別々に作成して、それらを接着剤で組み合わせることも一般的に行われている。例えば、特許文献２には、圧電素子を振動板に接着することが記載されている。この方法は、非常に有効な方法であるが、接着剤の厚さにムラがあると、インク等液体に対する圧力ムラとなる。このために、複数の圧電素子を駆動して記録を行う場合には、各液体吐出ヘッド間の液体吐出性能を個別に調整する必要が生じてしまう。また、圧電素子を薄膜技術により形成した場合には、接着剤との界面の応力も問題になってくる。
【０００９】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、基板除去の最終工程や接着剤による組み立て工程を不用とし、簡易な工程で優れた吐出性能を有する液体吐出ヘッドを安定して製造できる液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッドを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、構造体に形成された液室内の液体を圧電素子によって加圧し、吐出口から吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記構造体の前記液室に対応する個所の上方に振動板を形成する工程と、前記振動板上に第１電極、前記圧電素子となる圧電体および第２電極を順次積層する工程と、前記圧電体および前記第２電極を前記液室に対応する形状にパターニングし、前記液室上に前記圧電素子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
液室を形成した構造体に振動板を形成し、その上に、共通電極となる第１電極、圧電体、第２電極を順次真空成膜によって積層し、圧電体と第２電極を液室の形状に対応してパターニングして、液室の液体を加圧するための圧電素子を形成する。
【００１２】
振動板上に直接圧電素子の電極と圧電体を形成するものであるため、別基板に成膜して転写する転写方式に比べて製造工程が簡単であり、別基板を消耗品とするコスト上昇も回避できる。
【００１３】
また、圧電素子の電極や圧電体を比較的低温の真空成膜によって形成することで、振動板の軟化や液室の変形を防ぎ、圧電体に水分が侵入することによる性能劣化等のトラブルもない、極めて高品質でしかも安価な液体吐出ヘッドを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は一実施の形態による液体吐出ヘッドの構成を示すもので、絶縁体からなる振動板１は、液室２ａ、液体供給口２ｂ、吐出口２ｃ等を形成した構造体２に接合され、振動板１上には、液室２ａに沿った形状の圧電素子３が直接形成される。
【００１５】
圧電素子３を振動板１上に直接形成するために、図２に示すように、まず、振動板１上に第１電極３ａ、圧電体３ｂ、第２電極３ｃを真空成膜法で順次積層する。電極３ａ、３ｃは、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法、化学的気相蒸着法またはイオンビーム蒸着法によって成膜され、圧電体３ｂは、化学的気相蒸着法またはイオンビーム蒸着法によって成膜される。続いて、第２電極３ｃと圧電体３ｂを液室２ａの形状に対応してパターニングし、液室２ａ内の液体を圧電体３ｂの圧電駆動力によって加圧する圧電素子３を形成する。
【００１６】
なお、液体吐出ヘッドに使用する圧電素子では、圧電体の結晶性、配向性だけでなく、結晶の充填密度、電極界面での応力など多くの検討項目がある。
【００１７】
また、液室２ａ等を形成する構造体２の材料は、特に限定しないが、一般的には各種ガラス、Ｓｉ、高分子樹脂、金属、合金などの少なくとも１種を用いることが多い。また、振動板１は絶縁体であれば特に制限はない。
【００１８】
例えば、Ｓｉからなる構造体２に、Ｓｉの異方性エッチングにより液体供給口２ｂ、液室２ａなどを形成し、これに耐熱ガラスを振動板１としてＳｉに接合する。このような材料の組み合わせで作成した構造体２は、約４３０℃に振動板１を構成する耐熱ガラスの歪温度が存在するために、この温度よりも低い温度で圧電素子３を形成する必要がある。これよりも高い温度では、圧電素子３を形成した際の熱歪や、第１電極３ａ、圧電体３ｂの格子不整合などにより応力が残り、振動板１が変形してしまう。圧電素子３を形成する場合に、最も高い温度が必要になるのは、圧電体３ｂの成膜時である。成膜温度が低いと、成膜した薄膜は非晶質になり圧電特性は出現しないか出現しても極めて特性は悪い。
【００１９】
また、一般に圧電素子に使用する複合酸化物材料は、水分による変質を受けやすく、加えて、圧電素子として駆動する場合、水分はショートや耐電圧の低下を招くため、極力水分を排除する必要がある。
【００２０】
このようなことから、本実施の形態では圧電素子を形成する場合、真空中で圧電体等の薄膜を形成することを特徴とする。このように真空を利用することで、圧電素子の水分含有量を大幅に低減できる。
【００２１】
具体的には、電極は抵抗加熱蒸着法、スパッタ法、化学的気相蒸着法、イオンビーム蒸着法の中から使用する電極材料により適した真空成膜方式を選択する。いずれの方法も、成膜温度が４００℃以下での電極形成が可能である。電極の配向性を制御する場合には、液室等を形成した構造体等の耐熱性の範囲内で成膜温度を変化させたり、あるいはスパッタ法であればプラズマパワー、イオンビーム蒸着法であれば、イオンビーム強度を変化させるなどそれぞれの成膜方法により成膜条件を選択すればよい。
【００２２】
これに対して、圧電体は、化学的気相蒸着法またはイオンビーム蒸着法のいずれかを用い、かつ圧電体を構成する金属元素を独立に蒸発させて、蒸発蒸気に独立なエネルギーを与えることにより、低温で圧電体薄膜を形成する。すなわち、圧電体を形成する金属原子や酸素原子は結晶中でそれぞれ固有のエネルギー状態にあり、蒸発原子が成膜面に到達したときにこのエネルギー状態になりやすいように蒸発蒸気のエネルギーを独立に制御する。具体的には、原料物質が分解して発生した蒸気に電子照射してイオン化させ、さらに電圧を印加して蒸発蒸気にエネルギー付与を行う。原料物質が例えば有機金属である場合には、有機金属が分解して発生した金属イオンを利用すればよいから、前記イオン化の工程は省略してもよい。
【００２３】
このように圧電素子の形成温度が液室等の構造体の変形温度よりも低いために、圧電素子の型式は、バイモルフ型および積層型のいずれでもよく、使用するインク等液体の種類や液体吐出装置の使用目的に合わせていずれかを選択すればよい。バイモルフ型の場合、電極の厚さは５０〜５００ｎｍ、圧電体の厚さは０．５〜２０μｍの範囲内にあることが好ましい。積層型では、電極の厚さは５０〜３００ｎｍ、各圧電体の厚さは０．１〜５μｍの範囲内にあることが好ましい。いずれの場合も、電極の厚さが５０ｎｍ以下になると圧電素子を駆動させた場合に機械的変形による電極の切断が発生しやすくなり、逆に電極が厚すぎると圧電素子の変位量が少なくなるなどの問題が発生する。圧電体の厚さは、薄すぎるとピンホールなどにより電極間のショートが発生しやすくなる。逆に、厚すぎると印加電圧を高くしないと必要な圧電特性が得られなくなる。
【００２４】
圧電素子を成膜する真空容器等に制限はない。圧電素子を形成する電極と圧電体を同一の真空容器内で形成してもよいし、複数の真空容器を用いて、電極と圧電体を別々の真空容器で形成してもよい。
【００２５】
また、液室を形成する構造体をＳｉ、振動板は耐熱ガラス等の材料に限定するものではない。圧電素子の電極は白金または白金合金、圧電体はＰｂＺｒＴｉＯが好適であるが、これらの材料に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２６】
図２は、液体吐出ヘッドを製造する工程を図１のＡ−Ａ断面で示すもので、図２の（ａ）に示すように、まず、Ｓｉの構造体２を異方性エッチングして液室２ａ、液体供給口２ｂなどを形成し、これに陽極接合した耐熱ガラスを振動板１とした。このように振動板１を一体化した構造体２を熱処理して、加熱／冷却しても振動板１の変形が起きない最高温度を調べたところ、４００℃であった。次に、図２の（ｂ）に示すように、振動板１の上に、Ｔｉ／Ｐｔ膜の第１電極３ａを１５０ｎｍの厚さに室温で形成した。Ｔｉの厚さは約３０ｎｍ、Ｐｔの厚さは約１２０ｎｍである。
【００２７】
第１電極３ａ上に、図２の（ｃ）に示すように、ＰｂＺｒＴｉＯ膜の圧電体３ｂを形成する。この工程は、図３に示すように、真空容器１０内に設けた電子ビーム加熱を利用した蒸発源１１に、振動板１を一体化した構造体２であるワークＷを対向させ、振動板１上に第１電極３ａを形成し、圧電体３ｂであるＰｂＺｒＴｉＯ膜は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ元素を別々の蒸発源１２より蒸発させて成膜した。真空容器１０内は、不図示の排気装置により減圧状態に制御されている。蒸発源１１には、蒸発した金属元素成分をイオン化するためのイオン化装置として、タングステンなどのフィラメントに通電して電子を発生させる装置およびこの電子によりイオン化された金属成分蒸気を電気的に加速するための加速電極が取り付けられている。加速電極は、ワークＷを保持するホルダー１３をアース電位とし、最大１０ｋＶまで独立に電圧印加ができる。
【００２８】
ホルダー１３を３５０℃に加熱しておき、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１：０．５：０．５となるように金属成分の蒸発速度を制御し、Ｐｂには１５０ｍＡのイオン化電流、２ｋＶの加速電圧、Ｚｒには１００ｍＡのイオン化電流、３ｋＶの加速電圧、Ｔｉには１５０ｍＡのイオン化電流、４ｋＶのイオン化電流を印加してＰｂＺｒＴｉＯ膜の圧電体３ｂを形成した。圧電体３ｂの膜厚は、３μｍである。なお、圧電体３ｂの成膜時には、液室２ａ等に向けて不図示の装置により酸素ガスを吹き付けた。
【００２９】
その後、ワークの温度が室温になるまで真空容器内で冷却し、図２の（ｄ）に示すように、再び電子ビーム加熱を用いた真空蒸着により第２電極３ｃを形成した。第２電極３ｃはＰｔであり、膜厚は１００ｎｍである。次に、図２の（ｅ）に示すように、第２電極３ｃはドライエッチングにより、また、圧電体３ｂはフッ酸／硝酸の混合水溶液を用いたウエットエッチングによってパターニングして液室２ａの形状に沿って独立した圧電素子３とした。第１電極３ａは、すべての圧電素子３の共通電極として作用し、各圧電素子３は、第２電極３ｃを用いて独立に動作させることができる。
【００３０】
このようにして作成した液体吐出ヘッドを用いてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の吐出実験を行った。圧電素子に２５Ｖの矩形パルスを印加したときに、約１０ｍ／ｓの速度でＩＰＡが吐出した。
【００３１】
比較のために、圧電体を成膜するときに、各金属成分をイオン化、加速しなかった場合には、駆動電圧を８０Ｖまで大きくしたがＩＰＡの吐出は起こらなかった。これは、圧電体の圧電特性が悪いことを示していると考えられる。また、イオン化、加速せずに、ホルダーの温度を６００℃まであげると圧電体の成膜終了後冷却した時点で、振動板周辺で膜剥がれが生じてしまい、ＩＰＡの吐出実験が行えなかった。
【実施例２】
【００３２】
図２に示す工程で液体吐出ヘッドを作成するに当り、第１電極３ａ／圧電体３ｂ／第２電極３ｃの厚さ構成を、２００ｎｍ／５μｍ／１００ｎｍとした。液室２ａ等は構造体２を構成するＳｉの異方性エッチングと振動板１を構成する耐熱ガラスの陽極接合技術を用いて形成した。また、成膜装置は、図４に示す２槽方式を採用した。すなわち、２つの真空容器２０、３０を有しており、各ホルダー２３、３３にワークＷを取り付け可能であり、必要により搬送装置２４によりそれぞれの真空容器２０、３０のホルダー２３、３３にワークＷを搬送できるようになっている。２つの真空容器２０、３０の間には２つのゲートバルブが設けてあり、各真空容器内の圧力が異なる場合でもそれぞれの真空容器内の環境が保たれるようになっている。また、搬送装置２４にはワークＷの出し入れ口が設けられており、まず、真空容器２０内でスパッタ法により第１電極３ａを成膜する。ついで、ワークＷを搬送装置２４で搬送し、真空容器３０内で圧電体３ｂを成膜する。ワーク温度を４２０℃に保ち、圧電体３ｂの膜構成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１：０．５２：０．４８とした。
【００３３】
圧電体３ｂの原料は、有機金属化合物であり、それらを不図示の装置により蒸発源３２に独立に輸送させる。有機金属化合物に制限はないが、分解温度が高いと蒸発源３２からの輻射によりワーク温度が上昇することから、概略５００℃程度の以下のものが望ましい。なお、搬送手段に制限はない。蒸発源３２には、導入されたガスを分解して金属成分をイオン化させる加熱手段と、分解して発生した金属イオンを加速するための加速電極が設けられている。加熱手段は、抵抗加熱によるヒーター、電子ビーム加熱やマイクロ波加熱などどんな手段でもよい。加速電圧は、ホルダー３３をアース電位とし、独立に１０ｋＶまで電圧が印加できる。
【００３４】
本実施例では、有機金属を分解するために、蒸発源３２は抵抗加熱により４５０℃に加熱した中空管の中に不図示の装置により気化された有機金属物質を導入して分解させた。金属成分の組成比は、気化した有機金属の流量により制御し、加速電圧はＰｂが１ｋＶ、Ｚｒが２ｋＶ、Ｔｉが３ｋＶとした。
【００３５】
この条件で、圧電体３ｂを膜厚５μｍに成膜し、１００℃以下にワーク温度が冷却されてから、搬送装置２４により、ワークＷを真空容器２０に搬送して、Ｐｔ膜の第２電極３ｃを形成した。この後、搬送装置２４のワーク出し入れ口より、ワークＷを取り出して、第２電極３ｃと圧電体３ｂをパターニングした。
【００３６】
このようにして作成した液体吐出ヘッドを用いて、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の吐出実験を行った。電圧２０Ｖの矩形パルス（パルス幅１０μｍ秒）の場合に約１０ｍ／ｓの速度でＩＰＡの吐出が確認された。一方、圧電体を成膜する際に、加速電圧をゼロにした場合には、ＩＰＡは２０Ｖでは吐出せず、約４０Ｖ以上で、１〜３ｍ／ｓの速度で吐出した。
【００３７】
（実施例３〜６）
以下の表１に示す膜厚構成で、実施例３、４はそれぞれ、図３の成膜装置を用いて、実施例５、６はそれぞれ、図４の成膜装置を用いて、図２に示した工程で、圧電素子を構成する２つの電極と圧電体の膜厚を変えて液体吐出ヘッドを作成したものである。
【００３８】
なお、実施例３〜６においては、圧電素子の両電極の膜厚は５０〜５００ｎｍ、圧電体の膜厚は０．５〜２０μｍの範囲である。
【００３９】
実施例３、５では２つの電極はスパッタ法で、圧電体はイオンビーム蒸着法により、Ｐｂのイオン化電流は５０ｍＡ、加速電流は３ｋＶ、Ｚｒはそれぞれ１５０ｍＡ、１ｋＶとし、Ｔｉではそれぞれ１５０ｍＡ、３ｋＶに制御して成膜し、実施例４、６では２つの電極はスパッタ法で、圧電体は化学的気相蒸着法により、Ｐｂの加速電圧は３ｋＶ、Ｚｒは１ｋＶ、Ｔｉでは３ｋＶに制御した。
【００４０】
【表１】
2005349713.tif 000003
【００４１】
このような膜厚を有する圧電素子を有する液体吐出ヘッドでイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の吐出実験を行った。３０Ｖの矩形パルス（パルス幅１０μ秒）で圧電素子を駆動したところ、実施例３では１５ｍ／ｓ、実施例４では８ｍ／ｓ、実施例５では１３ｍ／ｓ、実施例６では１０ｍ／ｓでＩＰＡの液滴が吐出できた。
【００４２】
比較のために、上記の範囲を越えた膜厚構成の圧電素子を有する液体吐出ヘッドを製作した比較例１〜４を表２に示す。なお、成膜条件や製造工程は実施例１と同じである。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
実施例３〜５と同じ矩形パルスを用いて圧電素子を駆動すると、比較例４ではＩＰＡの吐出は確認できなかった。また、比較例１では、最大２ｍ／ｓの吐出速度であり、比較例２および３では最大１ｍ／ｓの吐出速度であった。
【００４５】
（実施例７）
図５に示す工程で液体吐出ヘッドを作成した。図５の（ａ）〜（ｄ）は、図２の（ａ）〜（ｄ）と同様であるから同一符号で表わす。図５の（ａ）に示すように、Ｓｉウエハーを両面から異方性エッチングして液室２ａ、液体供給口２ｂ、吐出口２ｃなどを形成した構造体２に振動板１となる耐熱ガラスを陽極接合した。このように振動板１を一体化した構造体２を電気炉の中に入れて１００〜６００℃の範囲で熱処理をして、耐熱性を調べた。加熱冷却しても振動板１が剥離も変形もしない温度は、約４３０℃であった。ついで、図５の（ｂ）、（ｃ）に示すように第１電極３ａおよび圧電体３ｂを形成した。これらの材料の成膜は、図３に示した成膜装置により行った。第１電極３ａはＴｉ／Ｐｔの積層電極であり、Ｔｉは１０ｎｍ、Ｐｔは１００ｎｍである。また、圧電体３ｂはＰｂＺｒＴｉＯ系酸化物であり、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉの組成比は１：０．５３：０．４７である。第１電極３ａはスパッタ法で、圧電体３ｂはイオンビーム蒸着法で行った。第１電極３ａおよび圧電体３ｂを成膜するときには、ワーク温度は３５０℃とした。圧電体３ｂを成膜する際、Ｐｂには１００ｍＡのイオン化電流、２ｋＶの加速電圧、Ｚｒには２００ｍＡ、３ｋＶのイオン化電流と加速電圧、Ｔｉには１００ｍＡ、４ｋＶのイオン化電流と加速電圧を印加した。
【００４６】
その後図５の（ｄ）に示すように、第２電極３ｃとして同じ成膜温度でＰｔを１５０ｎｍの厚さに圧電体３ｂ上に形成し、さらに、図５の（ｃ）と同じ条件で圧電体３ｄを形成し（図５の（ｅ）参照）、その上に、図５の（ｆ）に示すように第２電極３ｅを成膜する工程を繰り返して、必要な層数の第２電極／圧電体からなる積層膜を形成する。本実施例では、図５の（ｇ）に示すようにさらに圧電体３ｆと第２電極３ｇを加えた３層の圧電体構造とした。次に、第１電極３ａ以外をフォトリソグラフィーによりパターニングして各液室２ａ上に圧電素子３を有する液体吐出ヘッドを作成した。
【００４７】
このようにして作成した液体吐出ヘッドを用いて、水８５％、エチレングリコール１５％の混合液体の吐出実験を行った。圧電素子に３０Ｖの矩形パルス（パルス幅１０μ秒）を印加したところ、１５ｍ／ｓの速度での液体吐出が観測できた。一方、圧電体を成膜するときに、イオン化電流や加速電圧を印加しない場合には、電圧を８０Ｖまで上げても、またパルス形状を変化させても液体の吐出はまったく観測されなかった。また、圧電体を成膜する際に、液室等の構造体の温度を４５０℃以上にすると、振動板の剥離や破損が生じてしまった。
【００４８】
（実施例８）
図５と同様の工程により、図４の成膜装置を用いて液体吐出ヘッド作成した。まず、Ｓｉを異方性エッチングして構造体に液体供給口などを形成し、これに耐熱ガラスを陽極接合して振動板とした。このような振動板上に共通電極（第１電極）を形成し、ついで圧電体を形成する。すなわち、図４の装置の真空容器２０内でスパッタ法で共通電極を形成し、ついで搬送装置２４を用いてワークＷを真空容器３０に移動させた。ホルダー３３の温度を３８０℃として、化学的気相蒸着法により圧電体を成膜した。その後、真空容器２０、３０の間を搬送装置２４を用いてワークＷを往復させて、圧電体を５層、電極（第２電極）を合計６層形成し、共通電極以外の電極と圧電体をフォトリソグラフィーでパターニングして圧電素子を形成した。なお、電極の膜厚はすべて１５０ｎｍ、各圧電体の膜厚は２μｍである。圧電体を成膜する場合、蒸発源３２の温度をＰｂ成分に対しては４００℃、Ｚｒ成分は３８０℃、Ｔｉ成分は４１０℃とし、それぞれの加速電圧は、すべて２ｋＶとした。
【００４９】
このようにして作成した液体吐出ヘッドを用いて、水８５％、エチレングリコール１５％の混合液体の吐出実験を行った。圧電素子に４０Ｖの矩形パルス（パルス幅１０μ秒）を印加したところ、１６ｍ／ｓの速度での液体吐出が観測できた。一方、圧電体を成膜するときに、加速電圧を印加しない場合には、電圧を８０Ｖまで上げても、またパルス形状を変化させても液体の吐出はまったく観測されなかった。また、圧電体を成膜する際に、ワーク温度を４５０℃以上にすると、振動板の剥離や損傷が生じてしまった。
【００５０】
（実施例９〜１２）
表３に示す膜厚構成で、図５と同様の製造工程により、実施例９、１０は、図３の成膜装置、実施例１１、１２は図４の成膜装置を用いて液体吐出ヘッドを作成した。実施例９、１１では電極はスパッタ法で、圧電体はイオンビーム蒸着法により、Ｐｂのイオン化電流は５０ｍＡ、加速電圧は２ｋＶ、Ｚｒはそれぞれ１５０ｍＡ、２ｋＶ、Ｔｉではそれぞれ１５０ｍＡ、３ｋＶに制御し、実施例１０、１２では電極はスパッタ法で、圧電体は化学的気相蒸着法により、Ｐｂの加速電圧は２ｋＶ、Ｚｒは２ｋＶ、Ｔｉでは３ｋＶに制御した。
【００５１】
【表３】
2005349713.tif 000005
【００５２】
このような圧電素子を有する液体吐出ヘッドでイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の吐出実験を行った。３０Ｖの矩形パルス（パルス幅１０μ秒）で圧電素子を駆動したところ、実施例９では１２ｍ／ｓ、実施例１０では１３ｍ／ｓ、実施例１１では１５ｍ／ｓ、実施例１２では１５ｍ／ｓでＩＰＡの液滴が吐出できた。
【００５３】
比較のために成膜条件や製造工程は同じで表４に示すように圧電素子の膜厚構成を変化させて液体吐出ヘッドを作成した。
【００５４】
【表４】
2005349713.tif 000006
【００５５】
比較例５〜８はそれぞれ実施例９〜１２と同じ条件で作成した。この場合、実施例９〜１２と同じ矩形パルスを用いて圧電素子を駆動すると、比較例５、７ではＩＰＡの吐出は確認できなかった。また、比較例６では、最大２ｍ／ｓの吐出速度であり、比較例８では最大３ｍ／ｓの吐出速度であった。
【００５６】
上記実施例によれば、いずれも圧電体を液室の熱変形温度よりも低い温度で成膜するものであるため、液室等を形成する構造体上に直接、圧電素子を形成することが可能となり、従来より簡便な工程で信頼性の高い液体吐出ヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一実施の形態による液体吐出ヘッドの構成を示す模式断面図である。
【図２】一実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。
【図３】成膜装置を示す模式図である。
【図４】別の成膜装置を示す模式図である。
【図５】別の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。
【図６】一従来例による液体吐出ヘッドの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１    振動板
２    構造体
２ａ    液室
２ｂ    液体供給口
２ｃ    吐出口
３    圧電素子
３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇ    電極
３ｂ、３ｄ、３ｆ    圧電体
１０、２０、３０    真空容器
１１、１２、２１、３２    蒸発源
１３、２３、３３    ホルダー
２４    搬送装置
【図１】
2005349713.tif 000007
【図２】
2005349713.tif 000008
【図３】
2005349713.tif 000009
【図４】
2005349713.tif 000010
【図５】
2005349713.tif 000011
【図６】
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